
치요다, 고선택 프로세스 실현 … 마이크로파‧MCI와 2025년 상업화
일본이 혁신적 나프타(Naphtha) 분해기술 개발에 나서 주목된다.
에틸렌(Ethylene)과 프로필렌(Propylene)은 글로벌 수요가 2020년부터 20년 동안 80% 이상 급증할 것으로 예상되나 제조 프로세스의 에너지 절감 및 저탄소‧탈탄소화가 과제로 떠오르고 있다.
NCC(Naphtha Cracking Center)는 현재 세계적으로 160기 이상 있으며 모두 소비 에너지가 큰 열분해법을 채용해 친환경 제조 프로세스 전환이 시급한 것으로 평가된다.
치요다(Chiyoda)는 기존 기술보다 에너지 절감이 가능한 나프타 접촉분해 기술을 개발하고 있으며 마이크로파 가열을 활용해 나프타 분해기술을 개발하는 마이크로파화학(Microwave Chemical), 미쓰이케미칼(Mitsui Chemicals)과의 공동 프로젝트가 일본 신에너지‧산업기술종합개발기구(NEDO) 프로젝트로 채택됐다.
치요다는 과거 제올라이트(Zeolite) 촉매를 사용한 나프타 접촉분해법을 개발해 벤치 스케일 장치에서 1000시간 이상 연속 가동에 성공한 바 있다.
기존 열분해법은 섭씨 800-900도에서 가열하나 치요다의 나프타 접촉분해법은 650도 이하에서 가열하고, 열분해법은 에틸렌과 프로필렌 생산비율이 2대1인 반면 나프타 접촉분해법은 프로필렌 선택성이 우수해 에틸렌의 1.5-2배는 생산 가능하다는 차이가 있다.
올레핀 및 아로마틱(Aromatics) 수율은 열분해법이 60%, 나프타 접촉분해법은 75%로 동일한 생산량을 얻기 위한 나프타 투입량 및 에너지 소비량을 비교하면 나프타 접촉분해법이 열분해법 대비 15% 절감 가능한 것으로 평가되고 있다.
치요다는 마이크로파화학, 미쓰이케미칼과 나프타 분해기술 개발을 추진하고 있다.
마이크로파화학의 M-Cracker 기술을 활용하는 것으로, 마이크로파로 나프타를 직접 가열한 다음 분해함으로써 유럽 등이 개발하고 있는 유전가열(IH) 방법보다 스케일메리트, 에너지 효율, 넓은 온도범위 등에서 뛰어난 우위성을 갖출 것으로 기대하고 있다.
마이크로파화학은 마이크로파 프로세스의 특징인 직접가열 방식을 이용하는 분해기술 M-Cracker를 연구실 수준에서 시험 완료한 상태이며 오사카(Osaka) 사업장 벤치설비를 활용해 기술 검증에 나설 계획이다.
3사 프로젝트는 NEDO의 탈탄소 사회 실현을 위한 에너지 절감기술 연구개발(R&D) 및 실용화 촉진 프로그램 중점과제로 채택됐으며 2024년까지 스케일업과 연속가동 가능 여부 확인을 추진한 후 NEDO의 심사를 받을 계획이다.
구체적인 스케일업 계획은 공개하지 않았으나 2025년 이후 파일럿 시험을 거쳐 상업화할 가능성이 가장 높은 것으로 평가되고 있다.
△마이크로파화학과 치요다의 나프타 접촉분해법 개발 △마이크로파화학과 미쓰이케미칼의 나프타 접촉분해법 개발로 진행한다.
마이크로파화학과 치요다가 마이크로파 가열과 나프타 접촉분해법을 조합한 프로세스를 개발하고, 마이크로파화학-미쓰이케미칼은 마이크로파 가열을 열분해법에 적용하는 프로세스 개발을 맡을 계획이다. 1단계로는 2025년까지 3년 동안 기본기술을 확립하고, 2단계인 다음 5년 동안에는 미쓰이케미칼 설비에서 실증실험을 진행해 2030년경 사업화하는 것을 목표로 하고 있다.
치요다는 에틸렌 크래커 EPC(설계‧조달‧시공) 경험을 통해 축적한 NCC 관련 노하우를 제공하는 한편, 마이크로파 프로세스와 기존 기술을 접목시킬 방침이다.
미쓰이케미칼은 에틸렌 크래커 가동 노하우를 공유하며 중장기적으로는 기술 패키징을 확립해 자체 크래커에 채용하거나 국내외 석유화학기업에게 라이선스하는 사업을 구상하고 있는 것으로 알려졌다.
미쓰이케미칼은 NCC의 에너지원을 마이크로파로 전환함으로써 에너지 소비량을 줄이고 연소 시 발생하는 이산화탄소(CO2) 배출량을 감축하는 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대하고 있다.
3사 프로젝트에 카본프리 전력까지 투입한다면 고효율로 탈탄소화를 실현하고 프로필렌 선택성이 높은 프로세스를 실현할 것으로 기대되고 있다.
다만, 일본에서는 저가의 카본프리 전력을 얻기 힘들기 때문에 해외에 기술을 라이선스하는 방법을 구상하고 있으며 치요다가 접촉분해를 포함한 라이선스 사업과 기존 플랜트 개조 수주를 검토하고 있는 것으로 알려졌다. (강윤화 책임기자)